一种高效风冷散热的电池储能系统

技术领域

本发明属于储能电池技术领域，具体涉及一种高效风冷散热的电池储能系统。

背景技术

随着能源短缺、环境污染等问题日益严重，开发利用新能源已经成为世界各国的共同认识。风电和光伏等新能源作为主要的清洁能源利用形式，具有与传统电源的竞争力，得到快速发展。风电、光伏发电出力具有较强的波动性，直接影响电网运行的安全与稳定。在波动性发电较高比例的情况下，保证电力供应与需求之间的实时平衡更具挑战性。使用储能装置可对高比例风电和光伏发电相关的波动性和不确定性进行管理。

锂电池因具有相对较好的安全性和较高的能量密度成为储能系统采用电池的首选。但是锂电池储能在运行的过程中由于系统运行温度的不一致导致电芯与电芯之间的运行不一致逐渐被拉大，易导致电芯的充放电出现故障。因此电池储能系统的热管理系统对储能系统的运行起到了至关重要的作用。目前采用最广泛的散热方式是风冷，一方面是通过集装箱内部的空调对电池包外部进行降温，另一方面是将冷风引入电池包内部，将热气流引出电池包，但是电芯在电池包中排列密集，无法保证冷风对电池包内的电芯进行有效降温，导致降温效果较差，电芯温度一致性也较差。

发明内容

为了解决上述现有问题，本发明的目的在于提供一种高效风冷散热的电池储能系统，能够提升储能集装箱内电池单体温度的一致性，解决储能系统散热效果差的问题。

本发明通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种高效风冷散热的电池储能系统，包括DC-AC模块、电池管理模块、DC-DC模块、风冷箱体、空调装置和若干电池模组；

每个电池模组分别与一个DC-DC模块连接，所有DC-DC模块相互并联后与电池管理模块连接，电池管理模块与DC-AC模块连接，DC-AC模块连接至外部电网；

电池模组包括设置在储能集装箱内的若干电池小组，每个电池小组包括若干电池单体，每个电池小组设置在一个风冷箱体中；风冷箱体内设有若干温度传感器，温度传感器与电池管理模块连接，风冷箱体上设有进风口和出风口，空调装置通过送风管道与各进风口连接，送风管道上设有送风装置，各出风口均连接至出风管道。

优选地，若干温度传感器均布在风冷箱体内。

优选地，温度传感器远离进风口设置。

优选地，送风管道包括送风主管和若干送风支管，每条送风支管分别与每个风冷箱体的进风口连接，所有送风支管汇集至送风主管，送风主管上设有送风总阀。

进一步优选地，每条送风支管上设有送风分阀。

进一步优选地，送风主管与送风支管、送风支管与进风口的连接处均为圆滑过渡。

进一步优选地，送风主管和送风支管外部均设有隔热层。

优选地，相邻风冷箱体之间互不接触。

优选地，风冷箱体内壁为圆滑曲面。

优选地，电池单体为锂离子电池、钠离子电池、铅炭电池、液流电池或钠硫电池。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的一种高效风冷散热的电池储能系统，将若干电池单体划为一个电池小组，将每个电池小组置于一个风冷箱体中，将空调装置产生的冷风通过送风管道，对风冷箱体中的电池单体进行冷却。该系统将每个电池模组内的电池单体进行模块化管理，将冷风直接分配到电池单体，使得每个电池单体都可以分流到空调吹出的冷风，保证系统中每个电池单体都可以充分散热，保证电池单体温度的一致性；该系统仅对风道和电芯箱体中的空间进行降温，改变了以往空调直接对储能集装箱进行降温的模式，提高了散热效率同时降低了能耗；该系统通过送风装置强制送风，并分散到每个风冷箱体中，保证系统的冷却能力。

进一步地，若干温度传感器均布在风冷箱体内，能够对风冷箱体内各处的温度进行准确监测，提高系统的安全性和稳定性。

进一步地，温度传感器远离进风口设置，避免冷风直吹造成温度监测数据的误差。

进一步地，通过送风支管的形式分散冷风的传输，可以保证气体的流动，还能通过控制送风总阀的开度控制气体的流动速度。

更进一步地，每条送风支管上设有送风分阀，能够根据每个风冷箱体的实时温度，调整进入每个风冷箱体的冷风量，实现精确控温。

更进一步地，系统内管道的连接处均为圆滑过渡，提高冷风的流动性。

更进一步地，送风主管和送风支管外部均设有隔热层，避免和外界换热造成冷量流失而增加系统能耗。

进一步地，相邻风冷箱体之间互不接触，避免箱体之间互相传热。

进一步地，风冷箱体内壁为圆滑曲面，能够提高风冷箱体内部冷风的流动性，避免淤积。

进一步地，电池单体可以为锂离子电池、钠离子电池、铅炭电池、液流电池或钠硫电池，可根据实际需求进行选择，兼容性好。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图中：1为DC-AC模块，2为电池管理模块，3为DC-DC模块，4为送风管道，5为电池模组，6为风冷箱体，7为温度传感器，8为空调装置，9为送风装置，10为送风总阀，11为进风口，12为出风口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：

如图1，本发明的一种高效风冷散热的电池储能系统，包括DC-AC模块1、电池管理模块2、DC-DC模块3、风冷箱体6、空调装置8和若干电池模组5。

每个电池模组5分别与一个DC-DC模块3连接，所有DC-DC模块3相互并联后与电池管理模块2连接，电池管理模块2与DC-AC模块1连接，DC-AC模块1连接至外部电网；电池模组5包括设置在储能集装箱内的若干电池小组，每个电池小组包括若干电池单体，电池单体为锂离子电池、钠离子电池、铅炭电池、液流电池或钠硫电池。每个电池小组设置在一个风冷箱体6中；风冷箱体6内设有若干温度传感器7，温度传感器7与电池管理模块2连接，风冷箱体6上设有进风口11和出风口12，空调装置8通过送风管道4与各进风口11连接，送风管道4上设有送风装置9，各出风口12均连接至出风管道。

在本发明的一个较优的实施例中，若干温度传感器7均布在风冷箱体6内。

在本发明的一个较优的实施例中，温度传感器7远离进风口11设置。优选地，温度传感器7不设在冷风直吹的路径上。

在本发明的一个较优的实施例中，送风管道4包括送风主管和若干送风支管，每条送风支管分别与每个风冷箱体6的进风口11连接，所有送风支管汇集至送风主管，送风主管上设有送风总阀10。优选地，每条送风支管上设有送风分阀。

在本发明的一个较优的实施例中，送风主管与送风支管、送风支管与进风口11的连接处均为圆滑过渡。

在本发明的一个较优的实施例中，送风主管和送风支管外部均设有隔热层。材质可以是膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、硅藻土或石棉等，或保温成型材料，如保温瓦等，紧贴送风主管和送风支管外壁严密敷设，以减少管道内的冷量散失，增加系统的能耗。

在本发明的一个较优的实施例中，相邻风冷箱体6之间互不接触。

在本发明的一个较优的实施例中，风冷箱体6内壁为圆滑曲面。

在本发明的一个较优的实施例中，还可以在空调装置8内设置温度传感器7，监测空调装置8的运行状态。优选地，温度传感器7设在空调装置8出风口附近，与风冷箱体6内温度传感器7反馈的温度数值进行比较，改善控制策略。

实施例

系统内的电池单体为磷酸铁锂电池，配置1MW/1MWh的磷酸铁锂电池储能系统，采用3.2V 280Ah的磷酸铁锂电芯，将140个磷酸铁锂电池电芯通过串联的方式组成125kW/125kWh的电池模组5，8个125kW/125kWh的电池模组5与DC-DC模块3串联，然后统一连接到电池管理模块2，电池管理模块2的另一端与DC-AC模块1相连，DC-AC模块1与外电网相连。在每个电池模组5中，每4个磷酸铁锂电芯组装在一个风冷箱体6内，磷酸铁锂电芯之间保持散热间隙，一个电池模组5内包含有35个风冷箱体6，每个风冷箱体6之间互不接触，风冷箱体6不影响电池模组5内电池单体的串并联状态，仅对其空间位置进行分组。由主进风管道分成35个支路分别连接每个风冷箱体6，支路的出风管道再汇流到主出风管道，风冷箱体6和送风、出风管道所构成的是一个整体结构，形成一个通路。

空调装置8运转得到的冷风通过送风装置4(如引风机)向送风管道4中输送冷风，风在送风管道4中是单向流通的，由主风道分流后通过进风口11流入每个风冷箱体6，并通过出风口12将热风汇流到出风管道排出。空调装置8的冷风通过送风装置9输送到送风管道4中，从送风管道4分流进入各风冷箱体6内的风均是直接从空调装置8口吹出的冷风，保证每个电芯的降温效率。电池管理模块2通过温度传感器7反馈的温度控制空调装置8、送风装置9和送风总阀10，调节气体的温度，并通过控制送风装置9和送风总阀10的开度大小控制气体的流量，将储能系统内的温度控制在一定的范围内。

电池管理模块2通过控制DC-DC模块3控制每个电池模组5的充放电状态，各个电池模组5都是独立的系统，具备分散控制的特点。

在本申请所提供的实施例中，所揭露的技术内容，主要针对高效风冷散热的电池储能系统，以上所述仅为本发明实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内可轻易想到的变化或者替换，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或直接、间接运用在其他相关技术领域的情况，均应涵盖在本发明的保护范围之内。